摘要針對單微處理器的經(jīng)濟型沖床數(shù)控系統(tǒng)存在控制性能單一,、控制算法不科學(xué),、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定,、運行速度幔、可靠性差等問題，在單徽處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，設(shè)計了基于雙單片機的沖床數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu),，設(shè)計成主從武分布結(jié)構(gòu),，二者之問通過RS485串口通信，協(xié)調(diào)工作,。軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu),，各模塊的功能利用AT89C52單片機的中斷性能得以實現(xiàn)，滿足了實時多任務(wù)的要求,。經(jīng)卓東機械公司應(yīng)用試驗,，系統(tǒng)運行可靠，性能穩(wěn)定,。
關(guān)鍵詞雙單片機雙徽處理器沖床數(shù)控系統(tǒng)
0 引 言
隨著數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展,，沖床數(shù)控系統(tǒng)憑借其操作簡便、加工精度及效率高,、能加工復(fù)雜圖案等優(yōu)點在國內(nèi)沖壓行業(yè)的應(yīng)用日益廣泛,。由于標準的PC機沖床數(shù)控系統(tǒng)價格昂貴，國內(nèi)從事沖壓生產(chǎn)的中小型企業(yè)大多數(shù)采用的是單微處理器的經(jīng)濟型沖床數(shù)控系統(tǒng),，該系統(tǒng)存在控制性能單一,、控制算法不科學(xué)、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定,、運行速度慢,、可靠性差等問題。
為此,，筆者在單微處理器數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于雙MCU（單片機）的沖床數(shù)控系統(tǒng),，較好地解決了單MCU系統(tǒng)存在的問題,，滿足了實時多任務(wù)的加工要求,。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控沖床的核心部件，是計算機控制系統(tǒng),，可使機床執(zhí)行部件按照用戶的要求進行加工作業(yè),。無論是何種用途的機床，它的數(shù)控系統(tǒng)功能框圖都可以用圖1表示,。
筆者研究的沖床系統(tǒng)利用數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動2臺步進電動機,，利用滾珠絲杠和精密直線滾動導(dǎo)軌帶動工作臺X、y向進給,，從而完成工件直線或圓弧插補作業(yè),。
沖床作業(yè)件是沖頭．x、Y向送料機構(gòu)驅(qū)動電動機選用2臺步進電動機,，控制器是單片機,。由高性能的單片機對步進電動機的位置和速度進行控制，以滿足加工精度要求,�,？刂圃砣缦拢簭膯纹瑱C發(fā)出的高低電平通過光電隔離裝置控制步進電動機正反轉(zhuǎn)，輸出的控制脈沖個數(shù)控制電動機的轉(zhuǎn)角,，輸出脈沖頻率控制電動機的轉(zhuǎn)速,。系統(tǒng)功能框圖如圖2所示，結(jié)構(gòu)原理框圖如圖3所示,。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
根據(jù)沖床數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能,，完成數(shù)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括微處理器( CPU)以及外圍擴展接口的設(shè)計,。系統(tǒng)CPU采用雙MCU結(jié)構(gòu),，設(shè)計成主從式分布結(jié)構(gòu)，即分為主CPU和從CPUtI,，二者之間通過RS485串口通訊,。主CPU系統(tǒng)主要負責完成用戶加工程序的輸入處理、文字圖形顯示,、自診斷,、系統(tǒng)監(jiān)控等管理工作。從CPU系統(tǒng)負責完成數(shù)據(jù)運算,、插補計算以及位置控制,、速度控制等實時作業(yè)。
外圍擴展接口設(shè)計包括鍵盤接口,、顯示器接口,、電動機驅(qū)動接口、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等,。
由于ATMEL公司的AT89C系列單片機具有高的性價比,，筆者的數(shù)控系統(tǒng)主從CPU都選擇了8位AT89C52單片機，I/O口的分配和擴展如下：
(1)鍵盤接口采用4x4矩陣鍵盤,，采用拉高電路,，占用C52的P1口。
(2)顯示接口采用液晶(LCD)顯示．I/O口采用C52的PO口為數(shù)據(jù)傳輸連接,，C52的P2口的P2.0 - RS,、P2.1=RST、P2.2=RW,、P2.3=E,、共12個I/O口。
(3)電動機驅(qū)動接口采用8個I/O口,，分別通過光電隔離控制2個電動機的正反轉(zhuǎn)和速度,，接口為P2.4、P2.5,、P2.6,、P2.7、P3.0,、P3.1,、P3.2、P3,3,。
(4)擴展EPROM (93C46)程序存儲器便于用戶修改程序,，記錄輸入相關(guān)生產(chǎn)信息，EPROM接口采用4線連接形式,，使用4個I/O口,，采用P3.4、P3.5,、P3.6,、P3.7。
(5)選用3片RAM6264作為擴展數(shù)據(jù)存儲器,，滿足實際加工需要,。
(6)選用1片245芯片、2片373芯片作為系統(tǒng)外擴的I/O口,。對一些現(xiàn)場的信號,，如限位開關(guān)、復(fù)位開關(guān),、報警等輸入／輸出信號,，通過光電隔離器件經(jīng)鎖存器74HC373送到數(shù)據(jù)總線上從CPU系統(tǒng)可直接,、快速地進行處理，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力,。數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4所示,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)的軟件設(shè)計必須以硬件為載體,，根據(jù)硬件電路實現(xiàn)的功能編寫相應(yīng)的程序集,。根據(jù)硬件電路的主從式CPU結(jié)構(gòu)，數(shù)控系統(tǒng)的軟件也包括主CPU軟件和從CPU軟件,，各包括多個功能模塊,。主從CPU系統(tǒng)的主程序流程網(wǎng)如圖5所示。
主CPU軟件用來實現(xiàn)人機對話,、系統(tǒng)監(jiān)控,、指揮整個數(shù)控系統(tǒng)軟件協(xié)調(diào)工作等，包括主CPU系統(tǒng)的初始化,、沖床運動狀態(tài)和參數(shù)監(jiān)控,、用戶加工程序的編輯修改等功能模塊。從CPU軟件包括從CPU系統(tǒng)的初始化,、鍵盤輸入輸出口狀態(tài)的定時掃描,、插補計算、工作臺X向和y向的位控輸出,、電動機速度控制,、數(shù)據(jù)處理等功能模塊。
各功能模塊的設(shè)計采用匯編語言,，充分利用AT89C52單片機優(yōu)良的中斷性能,，按嵌入式編程方式實現(xiàn)中斷的嵌套，易于不同優(yōu)先級功能的實現(xiàn),；編程能充分合理地利用片內(nèi)的內(nèi)存空間,，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳送。
4 結(jié)束語
筆者設(shè)計的數(shù)控系統(tǒng)采用2個AT89C52單片機構(gòu)成主從CPU系統(tǒng),，使功能分布更合理,，同時實現(xiàn)了高效、高精度,，通用性強,，可根據(jù)不同數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的數(shù)控功能需要，選擇不同功能的模塊進行組合,；采用了光電隔離電路,，抗干擾性能好；匯編語言編程,、嵌入式系統(tǒng)的搶先軟件設(shè)計,，使系統(tǒng)的魯棒性更好；采用LCD可視化多級菜單設(shè)計，人機界面更友好,，實現(xiàn)了所見即所得,；485通訊實現(xiàn)上、下位機的通訊,，可實現(xiàn)擴充的自動化加工群,；以步進電動機作為驅(qū)動元件，控制簡單,，價格低廉,；采用基于行列掃描法的點位控制數(shù)控語言，操作簡單,，易于掌握,。
該系統(tǒng)的開發(fā)成功，適應(yīng)了我同生產(chǎn)發(fā)展的要求,，克服了人工進料的缺點,，較低的價格滿足了一般企業(yè)的自動化改造要求。經(jīng)卓東機械公司應(yīng)用試驗,，系統(tǒng)運行可靠,，性能穩(wěn)定。目前,，產(chǎn)品已在全國開始推廣,，年銷售260余臺，為企業(yè)創(chuàng)造利潤近150萬元,。
